01 平面机构自由度

《机械设计基础》课程教学设计2014 年 6 月 17 日 案例名称 科目第一章 平面机构探讨机械设计基础 教学对象第二节 平面机构的自由度大学二年级 课时 1 课时一、教材内容探讨《机械设计基础》是一门培养教师具备一定机械设计能力的科技基础课。通 过学习该课程，要求学员把握机械中常见机构的结构机理、运动特点及有关机构 动力学的基本常识，初步具备预测和设计基本机构的素质，并对机械运动方案的 确定有所了解。同时掌握通用机械部件的工作原理、特点、选用跟设计计算的基 本知识，使学生初步具备设计简洁的机械及普通机械传动装臵的素养。并培育学 生利用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。 “平面机构预测”这一教学内容是《机械设计基础》课程中的第一章，后续 的“平面连杆机构” 、 “凸轮机构” 、 “齿轮机构”以及“轮系”章节都是向学员讲 授典型机构的相关常识，而学好这些内容的前提就是要学会探讨机构，其中一个 重要环节就是准确地计算出该机构的自由度数目。 平面机构自由度计算的目的是 判定一个已有的机构是否恰当,确定原动件的个数。在进行机构的运动预测和受 力评述时,必须借助机构的结构预测能够进行。

如果机构的自由度计算不恰当 , 那就能够进行机构的结构、运动及受力分析。所以,平面机构的自由度计算在机 构的学习、设计中占有重要地位。 “机构自由度计算”是《机械设计基础》课程第一章平面机构预测中第三节 课程的教学内容，在教师掌握了平面机构的构成、特点，熟练掌握机构运动简图 绘制的基础上，进行教学的。通过学习该节内容，让学员学会怎样精确的推导出 机构的自由度，以及学会辨别机构是否具备确定的运动，为已有机构进行预测或 创造新的机构提供基本条件。二、教学目的（知识，技能，情感态度、价值观）知识与技能目标： 1.熟练掌握平面机构、低副和高副等概念。 2.熟练掌握机构自由度计算推导。过程与技巧目标： 1.通过提问式方法，总结归纳出机构自由度计算推导； 2.分别用项目中常用的机构作为例题，通过教学训练法，带领师生巩固机构自由 度推导公式，并对结果进行预测。 3.从中培养教师的观察、想象能力，发展学生的空间理念，渗透转化的观念。情感态度与价值观目标： 1.培养教师的探求精神和合作能力，养成良好的学习习惯。 2.培养教师自学的观念跟创新的精神。让学员将学到的常识运用至实际生活中。三、学习者特征分析本门课面向的对象是学校二年级、第四学期的近机械类学生。

他们在之前的 学期中早已学习了高等化学、工程制图、理论物理和材料化学等相关的基础课和 专业基础课。对自由度的概念早已有了一定的了解，并无法读懂常见的工程图以 及简图。 大学二年级的教师已经具备一定的自学能力，能够独立进行反思、发现、分 析问题， 所以在学习过程中能对于这一特征， 适时地以启发式教学方法进行教学， 激励人们通过自己的探讨、分析解决难题。 但这个阶段的学生在学习中常常存在一定的惰性， 所以应借助适当的方法跟形式 激发人们学习新事物的兴趣。四、教学观念主要表现在主体性教学观念跟反思性教学思想上五、教学思路跟步骤本节课引入启发式和主动参与式教学思路，引导学员发现问题，分析问题并 解决难题。 为了完成本节课的知识技能、情感态度、价值观方面的目标，我使用的课堂 方法有：谈话法、观察法、演示法。 谈话法：谈话法既叫问答法，在课堂过程中我仍然用谈话法，与学生交流， 让学员感到轻松的学习气氛，激发师生的认知活动；培养教师的独立构想能力跟 语言表达能力；唤起和维持学生的注意力和兴趣。 观察法：采用机构动画演示的方法，让学生借助观察，发现问题所在，并引 导其独立构想解决难题的方式。 演示法：通过对实际项目案例的演示，引起学员的注意力，提高人们的学习 兴趣。

六、教学探讨（内容、重难点）教学内容： 1）平面机构基本概念 2）低副跟高副等概念和约束等概念 3）机构自由度计算推导 教学重点及难点 1）机构自由度计算推导 2）平面低副和高副的识别与数量的确认。七、教学环境及资源准备 1.以自制的机构运动动画做演示，能直观的展现抽象数据的特征，使学生更好的理解。避免学生对抽象数据充分理解的缺乏。需用到电脑与投影仪等现代教学设 备。 2.教师的讲解配合板书，并采取多媒体的现代化教学方法作辅助，及时总结本课 的知识点，加强巩固。八、教学安排 教学过程 教师活动 学生活动 停止说话，准备上 课 设计意图及 资源准备 用洪亮的嗓音吸引 学生的注意力， 让他 尽快进入上课状况 温故而知新， 复习前 次课的重要内容， 对 于本次课的学习有 至关重要的作用一、组织课堂同学们好，现在开始上课！二、复习复习上次课学过的主要内容： 1．机械、机构、构件、零件 学生回忆该个别的 等基本概念。 知识 2.机构的构成原理。 强调掌握每一概念的重要性。1、 机械由机器和机构构成， 机器由一个或多个机构 组成，机构由构件构成， 学生反思，积极回 构件由零件构成。 应 2、 因为在工程中，要应对、 学生认真听讲 分析以或者设计很多复 杂的机械产品，所以应准 确预测机械产品的组成 情况。

学生认真作答，并 积极回应同学三、导入新课3、构件是运动的单元，机构 是构件构成的释放运动动 力的系统 4、构件中间是如何相连构成 机构的呢？下面学习运动副 的基本概念。 5、机构是怎样运动的呢？下 面学习机构自由度的基本 概念及其求解计算机构自 由度的推导定理。学生严肃探讨巧妙入境， 通过对旧 知识的复习， 用项目 实例作为例题， 以提 问的方法来巩固旧 知， 调动学生的切实 性，导入新课，激发 学生对新课的好奇 心。 提高教师的学习 兴趣平面构成教案下载， 主动参加到学 习中来。学生认真记笔记1、由动画引出构件的基本定 义 （板书：一、构件） 2、结合多媒体课件讲解运动 副的基本概念 （板书：二、运动副） 3、结合多媒体课件讲解构件 之间的接触情况引发运动副 元素的基本概念。 （板书：三、运动副元素） 4、根据点线面接触引发运动 副类别（学生注意，重点部分 的到来） （板书：三、运动副分类） 5、讲解高副和低副的基本概 念 高副：点线接触 低副：面接触 6 构成运动副后，对运动的限 制叫约束 结合板书讲解： 7、构成高副有一个约束，构 成低副有 2 个约束 结合板书及动画讲解 8、一个做平面运动的自由构 件有 3 个自由度， 即有 3 个独 立运动参数。

学生认真听讲并思 考教师呼应 学生认真听讲并思 考教师深刻领悟学生在以下回答四、新课讲授教师想，回答；学 生积极参加到同学 的细心讲解中，并 会在老师的带动下 随声附和学生严肃积极回应 老师 学生严肃作答平面构成教案下载，并 积极回应同学在课堂过程中， 以学 生为主题， 以前学过 的知识都使学生自 行回答，巩固旧知， 引入新知， 学生积极 配合，用自制的教 具， 直观的展现在学 生面前， 让学生最容 易接受抽象图形的 特点，提高学习效 果。 对学生的恰当回 给予赞扬， 激发学生 学习兴趣。 做课后习 题，及时巩固新知， 让学员学到的常识 运用至实际中。9、 如果机构有 n 个活动构件， 学生认真听讲并思 有 pl 低副，ph 高副，动构件 考。 的自由度总数减去约束总数 就是机构的自由度数 公式为： F=3n-2pl-ph 也就是机构具备独立运动参 数的数量。学生学习机械机构 的背景历史 学生严肃听讲，思 考 学生认真记录 学生认真听课并记 录 做一遍例题， 引导学员求自由 度的方式，再计算结果 10、做第二道例题，求如板书 所示的杆机构的自由度让学 生学以致用， 将理论常识与实 践相结合 （一边板书一边仔细 讲解） 11、分析自由度结果：大于或 等于 1，如果等于零，则机构 不能运动。

学生认真反思 学生按照原先制图 基础亦附和老师 学生提问出结论， 并仔细听课、记录 学生认真作答，并 积极回应老师详细讲解， 从听觉与 视觉两方面加大对 学生的刺激， 加深知 识的记忆。及时使教师做课后 习题， 将它们学到的 知识运用到实际解 题中，巩固新知，在 多种题型中得到锻 炼。 为现在解各种类 型题打好基础。 及时 对学生解过的题进 行仔细讲解， 以免学 生解题期间发生的 问题得不到解决。让学员做题， 提高其 应变能力。 并培养学 生积极做题。五、巩固新课 课堂小结这节课我们学习了计算机构 自由度方法， 通过学习发现在 计算自由度时， 应先判定机构 中活动构件、 低副和高复的数 目，再进行做题！学生积极配合对本课的小结可以 及时的帮助学员对 主要讲授内容进行 梳理， 对学员的学习 起巩固的作用 布臵课后作业， 加强 训练， 加深本课学习 的常识印象， 有利于 提高学员把学到的 知识运用到实际解 题中的能力。六、布臵作业课件中布臵课后作业。学生认真记录教学流程图 组织课堂复习旧课导入新课问答法情境式导入讲解新课讲授法演示法本堂小结布臵作业七、板书设计